（电路与系统专业论文）基于DMR数字集群通信技术的研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

基于d m r 数字集群通信技术的研究 摘要 d m r 是d i g i t a lm o b i l er a d i o ( 数字移动无线电) 的缩写，它是专 用于指挥调度的移动通信技术，正在处于不断完善的阶段。d m r 传 输的信号采用的是数字信号，因此它有很多优于模拟系统的很多特 点。近年来，随着通信技术的发展和实际应用的需要，我们需要将 d m r 与公众电话网( p s t n ) 相关设备连接起来，采用数字信号处理 技术，达到无障碍的通信。 本文开篇讲了数字集群通信的概念和发展过程，前景分析，并对 数字集群通信与公众移动通信的差异进行了比较，之后详尽分析了我 国集群通信系统的发展状况，并对g t 8 0 0 集群新技术进行扼要介绍。 之后主要研究基于d m r 数字通信系统的通信协议，包括协议框架结 构，i p 业务与短数据承载业务及p d u 的介绍，对协议结构中的空中 接口进行了细致的阐述，同时也涉及到话音业务，群组呼叫业务等一 些相关业务。最后简要分析了目前比较流行的d m r 通信协议在数字 对讲机基带模块设计中的应用。 关键字：d m ri p 数字集群通信 t h es t u d yo fd i g i t a lt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y b a s e dd 吸 a bs t r a c t d m ri ss h o r tf o r d i g i t a l m o b i l e r a d i o ，a n d a sam o b i l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , i ti so n l yu s e df o rd i r e c t i n ga n da t t e m p e r i n g t h et r a n s f e r r e ds i g n a lo fd m ri sd i g i t a ls i g n a l ，t h e r e f o r ed m rh a s m a n ym o r ec o n s p i c u o u sc h a r a c t e r i s t i ct h a na n o l o gs i g n a l r e c e n t l y ，a l o n g w i t hd e v e l o p m e n ti nt e c h n o l o g ya n dn e e d sf o ra p p l i c a t i o n ，w en e e d c o n n e c td m rw i t hp s t n ，a n da d o p td s pt e c h n o l o g yt oc o m p l e t e c o n n e c t i o ne a c ho t h e r t h i sa r t i c l em a i n l yr e s e a r c ho nh o wt oi m p l e m e n t v o i c ec o m p r e s s i n gc o d i n gb e t w e e nd m ra n dp s t n t h i sa r t i c l es t a r t sw i t ht h ec o n c e p t i o no fd i g i t a lm o b i l er a d i oa n d t h ed e v e l o p m e n to fd m r ，t h eo v e r l o o ko fd m r , a n dc o m p a r et h e d i f f e r e n c e sb e t w e e nd m ra n dc o m m o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，t h e n d e s c r i b e st h es t a t u so fo u rc o u n t r y sd m rc o m m u n i c a t i o ns y s t e mb y d e t a i l ，t h e nb r i e f l yi n t r o d u c et h eg t 8 0 0n e wt e c h n o l o g y a f t e rt h a t ，t h e a r t i c l em a i n l yf o c u so nt h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o lb a s e do nd m r ， i n c l u d i n gp r o t o c o ls t r u c t u r e ，i ps e r v i c ea n ds h o r td a t ab e a r e rs e r v i c ea n d t h ed e s c r i p t i o no fp d u ，d e t a i l e dt h ea i ri n t e r f a c e ，v o i c es e r v i c e ，g r o u p c a l ls e r v i c e i nt h ee n dt h ep a p e rb r i e f l ya n a l y s t st h et h e m eo fa p p l y i n g d m r p r o t o c o li nt h ei n t e r p h o n eb a s e l i n em o d u l ed e s i g n k e yw o r d s ：d m r ，i p , d i g i t a lt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：逝隆坠孽 日期：娑坌望；! ：l 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：至盟坠圣 日期：丝! z ! ：i ( 导师签名：_ 7 套e 趔4日期：2 生生2 。呈：f 王 北京邮电大学硕士研究生学位论文 1 1 数字集群通信系统概述 第一章绪论 数字集群通信系统是指“专用移动通信系统”，数字集群通信是二十世纪末兴 起的新型移动通信系统，它除了具备公众移动通信网( g s m 、c d m a ) 所能提 供的个人移动通信服务外，还能实现个人与群体间的任意通信，并可进行自主编 控，是集对讲机、g s m 、c d m a 和图像传输于一体的智能化通信网。数字集群 通信在技术上的特点和优势决定了它不仅具备个人通信的全部功能，而且它能控 制与实现个人与群体间任意通讯，保密性高，功能丰富，真正全面实现了通讯的 智能化。 集群通信系统诞生于上个世纪7 0 年代末、8 0 年代初。它主要为户外作业的 移动用户从事生产调度和指挥控制等业务提供通信服务。可以说，这是一种特色 通信服务。该服务由于具有易用性、建立通信速度快以及保密性好等优点，在铁 路运输、野外作业、抢险救灾、公安、电力、石油等领域得到了广泛应用。 最早的集群通信是模拟系统。9 0 年代后期，随着数字集群通信技术的日益 成熟，集群通信由模拟走向数字成为大势所趋。数字集群通信技术改变了模拟集 群系统功能单一、技术陈旧、效率低下等弊端，它具有全新的技术体制、灵活的 通信构架和强大的服务功能，能提供话音、数据、图像等多种通信服务，因而渐 渐成为市场的主流。 1 2 数字集群通信系统前景分析 移动通信网络从宏观用途上划分，可以分为公众网和专用网。专用业务移动 通信系统是在给定业务范围内，为部门、行业、集团服务的专用移动通信系统， 典型的应用如生产调度与公共安全指挥系统。 随着我国城市化进程不断加快，社会对于高效处理紧急突发事件、信息安全 的要求不断提高，同时由于数字化的实现，原来单一的话音通信已经完成了话音、 图像和计算机数据的多媒体通信，各个行业或专业部门对通信的要求一方面在网 络的传输与交换中在数字化的形势下趋于统一，而另一方面又开始突破原有的单 一性、不断出现同新月异的多种需求，加之频率资源的日趋紧张，如何提高频率 利用率，实现资源的最佳配置，已经成为我们面临的首要任务。在这种情况下我 北京邮电大学硕上研究生学位论文 们认为，数字集群共网必将成为未来数字集群通信的发展方向。共网、专网的差 异化分析数字集群共网与数字集群专网的不同之处在于： ( 1 ) 它是一个商业性实体，由运营公司来运营，向用户提供服务，而不是仅供 一个部门内部使用的专网； ( 2 ) 它是以体现社会效益的基础上体现经济效益为主的，而专网主要是体现 社会效益的； ( 3 ) 它的用户范围分布面很广，专网的用户只限本部f - j ； ( 4 ) 它可以集中使用频率，使这些频率能为更多的用户范围服务，提高了频 率利用率。 从数字集群运行部门的角度来讲，专网与共网相比存在的弊端是： ( 1 ) 独立的专网缺乏规模经济性，使其相同的通信能力成本高于规模巨大的 共网； ( 2 ) 随着通信需求和通信技术日新月异的迅速发展，原有技术和设备的淘汰 不断加速，更加剧了专网的财务负担； ( 3 ) 在进入市场竞争后，企业和部门业务需求的不确定性增加，进一步增加 了通信需求的不可预见性，使对专网的投资风险大大提高； ( 4 ) 自建或改造专网必然有一个相对较长的建设周期，使获得通信能力所需 要的时间也会长于利用共网，这对企业加快对市场的反应极为不利； ( 5 ) 专网的技术人员长期处于企业的辅助性地位，使专网难以吸引和留住高 水平的人才。 从公众服务和公众安全角度来讲，共网与专网相比更能有效利用有限资源， 加强应对紧急、突发事件的快速反应和抗风险的能力，提高管理效率。当前专网 的主要问题是： ( 1 ) 存在多个公众特服号码，较难记忆甚至是不为人知晓，不方便公众得到 相应的服务、救助或保护； ( 2 ) 由于缺乏一个统一的指挥调度平台，不同警种和不同部门之间无法很好 地配合和协调。然而，在许多的情况下，这些部门是需要联合行动的；( 3 ) 数据库信息资源无法互联、不能共享。显然，共网可以较好的解决这些问题，在 维持社会秩序、保障社会安定、方便公众生活、维持良好的政府形象和改善投资 环境等方面起到十分重要的作用。 我们还应该从更高层次上分析发展数字集群共网的必要性。我国已经加入 w t o 和i t a ，无论是公众移动通信，抑或是专业移动通信，都将面临国际电信 业进入中国电信服务业市场所带来的激烈竞争，这是市场经济无可回避的挑战。 2 北京邮电人学硕上研究生学位论文 在专业移动通信领域，我国显得异常分散薄弱，如不未雨绸缪，将很难与外商抗 衡。 经济的全球化与交通工具的高速化，都要求有先进统一的通信手段与之相适 应，对移动通信的网络容量及服务质量便提出了更高的要求，更需要能兼容、互 通的跨地区、跨国界、跨洲界甚至全球性的无缝移动通信网，来承担统一的优质 服务。 欧洲经济一体化的要求，在公众移动通信领域推动了g s m 数字蜂窝标准的 发展；在专业移动通信领域推动了t e t r a 数字集群标准的制定。全球经贸往来 的日益活跃，都要求有先进的统一的通信手段与之相适应，要求提供端到端的全 球性无缝通讯网络，从而推动了i m t 2 0 0 0 第三代移动通信系统标准的制订。专 业移动通信领域中的航空和航海显然更为迫切要求先进的统一的通信手段。在高 速公路、铁路、内河航运、旅游及武警等部门的专业网，随着各自业务的发展， 也必然要求统一的数字集群系统以便跨部门、跨地区、跨省市以至全国联网。因 此，必须坚持专业移动通信朝数字集群共网的方向发展。数字集群是从专 用移动通信网发展起来的，而数字集群共网也是随着数字集群的发展而形成的， 应该说这也是符合发展规律的。专网在一定的时间内还将发挥其作用，并有相当 一部分专网是不能用共网来替代的。所以各部门的专网不可能在短时期内取消， 甚至有些专网还要较长时期存在下去。但在专网、共网共同发展的同时，我们也 应该看到，数字集群通信的本质是专网，而方向是共网。 1 3 数字集群通信与公众移动通信的差异化分析 数字集群通信与公众移动通信同属移动通信系统范畴。近二十年来，我国的 公众移动通信得到了突飞猛进的发展，相比之下，集群通信的发展比较缓慢，其 原因既有技术方面的也有市场方面的。为了更好地适应社会需要，近年来集群通 信技术有了长足的发展，主要体现在数字通信技术的采用，同时在系统结构和组 网方式上也吸纳了许多成熟的公众移动通信技术，但由此在概念上对数字集群通 信和公众移动通信也造成了一定的混淆。所以，有必要在科学分析的基础上对数 字集群通信和公众移动通信有个明确的认识和清楚的界定，以利于两者的协调 发展。 那么，什么是数字集群通信? 集群通信是指系统可用信道可为系统中全体用 户共用，具有自动选择信道功能，资源共享、费用分担、信道设备共用的多用途、 高效能的无线调度通信系统。从广义上讲，包括无线对讲系统在内的具有调度通 信功能的各种无线通信系统均可纳入集群通信系统范畴。所谓数字集群系统就是 采用数字通信技术的集群通信系统。 北京邮电大学硕士研究生学位论文 从历史上看，集群通信的发展要远远早于公众移动通信。由于无线通信技术 复杂、成本高昂，起初只是用于诸如军队、铁路、航海等必须需要无线通信的特 殊部门和单位，之后随着技术的进步、成本的降低和经济的发展，才出现了能够 适合社会个体用户无线通信需要的公众移动通信。 集群通信经历了从简单对讲系统到单基站小系统，再到大容量多区域系统的 发展历程，后来经历了从模拟集群到数字集群的飞跃。 集群通信系统从运营方式上可分为专用集群系统和共用集群系统。专用集群 系统是仅供某个行业或某个部门内部使用的无线调度指挥通信系统，系统的投 资、建设、运营维护等均由行业或部门内部承担，早期的集群系统大多属于这一 类型。共用集群系统是指物理网由专业的电信运营企业负责投资、建设和运营维 护，供社会各个有需求的行业、部门或单位共同使用的集群通信系统，它具有资 源利用率高、单位成本低廉、网络覆盖和运营质量好、可持续发展能力强、用户 业务可自行管理等诸多优点，是集群通信运营体制的发展方向。在以下讨论中提 及的集群通信系统即指这一类型的数字集群系统( 简称“数字集群”) 。 数字集群和公众移动通信虽同属移动通信范畴，但却有本质的区别。具体表 现在以下几个方面。 一、在目标用户群方面 数字集群的典型目标用户群是以团体为单位的，团体中的个体用户往往在工 作上具有一定的联系，具有最紧密工作关系的个体之间以组的形式出现，有关联 的小组之间又形成队，依此类推，一般分为成员、组、队、群等，这些群组的划 分与单位内部的机构设置和工作流程密切相关，以“一对多”半双工组呼通信为 主，相互之间通信的频繁程度也按照这一顺序。根据工作性质和重要程度的不同， 群组内部用户之间、群组之间乃至业务之间分为不同的优先等级。 而公众移动通信的目标用户群是以个体用户为单位的，以“一对一”双工电话 通信为主，通话对象具有随机性。系统内部用户之间是平等的，不区分优先级。 基于以上特征，数字集群是一种提高工作效率的“生产工具”，适合诸如公共 安全( 警察、消防、安全、保安、军队等) 、交通运输( 航空、铁路、内河航运、 公共交通、出租汽车等) 、社会联动、市政管理、水利电力、厂矿企业生产管理 等行业或部门，以及抢险救灾、处理各种突发事件等场景的调度指挥通信，是保 障社会稳定、确保安全生产、提高工作效率、降低事故损失的重要手段。就数字 集群的作用而言，具有社会效益和经济效益的双重性。 而公众移动通信是人们方便日常联络沟通、提高生活品质的手段之一，虽然 在提高工作效率等方面也具有一定的促进作用，但就其本身性质而言，没有被赋 予明确的社会责任，因此，更趋向于追求经济效益。 4 北京邮电大学硕士研究生学位论文 二、在业务特征方面 数字集群的最主要业务特征是“一呼百应”的群组呼叫，个体用户或群组之间 分为不同的等级，表现为占有通信资源和通话主导权的优先级别不同。通信作业 一般以群组为单位，以调度台管理为特征。一般情况下被叫用户无权拒绝主叫用 户的通信要求。为保证用户对系统功能、性能的要求和提高资源利用率，群组通 信时要采取“前向信道共享”、用户和群组优先级判别等技术手段，有时还需对发 起呼叫用户或接收用户的区域进行判别。 公众移动通信的主要业务特征是“一对一”的个体之间的通信，个体用户之间 是平等的，被叫用户有权拒绝主叫用户的呼叫请求。即便是在通信资源紧张的情 况下，任何用户也无权中断其他用户的通信强行占用通信资源。 三、在组网模式方面 公众移动通信的组网原则比较单一，即通过事先预测和事后统计观察根据业 务量和用户地理分布特点进行网络组织，一般在人口稠密和业务量大的城市地区 先行建设，随后根据用户发展情况逐步扩展，具有一定的“趋利”性。 而数字集群的组网原则比较复杂，需要根据用户的工作区域进行组网，而不 是根据业务量的大小决定组网的先后顺序，也不能因为业务量小而降低网络性能 ( 如覆盖质量、各种性能指标等) 。例如，对于集群通信中的铁路应用，需要按 照铁路运输组织的需要沿铁路线进行链状组网，网络建设时要一次性贯通整条线 路( 如京沪线、京广线等) 才有意义。对于铁路沿线要按统一的系统质量要求实 现全程覆盖，即便是在人烟稀少的地区也是如此。而对于有些用户只需覆盖一定 的区域，如厂矿企业等，仅需覆盖厂区或矿区等生产作业区域即可满足需要。 四、在系统性能要求方面 由于数字集群使用对象和使用性质的要求，决定了在系统安全性、可靠性、 通信接续时间、通信延时等方面较公众移动通信都有更高的要求。例如，对于通 信接续时间，要求在紧急状态下不得高于1 秒，这在公众移动通信中是很难达到 的。系统故障对于公众移动通信系统来讲最多是经济上的损失，而对于集群通信 还要承担社会责任，因此，除在系统层面和网络组织上尽量减少故障率外，还要 采取诸如故障弱化等措施防止一旦发生故障还能够保证用户的最低使用要求。 调度组呼通信的特点是通信次数频繁，但每次通信时间较短，因此，要求数 字集群网络适合于承载大量频繁的通信接续需要，而公众移动通信相对来讲适合 于次数不多但接续时间较长通信的要求。 五、在系统功能方面 数字集群的基本功能包括组呼、全呼、广播呼、私密呼以及电话互连呼叫等。 补充功能包括调度区域选择、多优先级、紧急呼叫、迟后进入、动态重组、调度 北京邮电大学硕士研究生学位论文 台强拆强插、故障弱化、直通模式、v p n 功能等，对于特殊用户还需提供双向 鉴权、空中加密、端到端加密等功能。上述业务功能是作为一个真正的数字集群 通信系统所必需的，否则无法满足现场实际工作的需要，而公众移动通信系统功 能则没有这方面的特殊要求。 六、在终端要求方面 在终端方面，数字集群与公众移动通信也有很大的不同。公众移动通信终端 除一般的功能、性能要求外，主要追求外观的精美、小巧等，而且主要是手持终 端，即通常所说的手机。 而数字集群的终端除功能、性能的一般性要求外，从外观上，为适应现场恶 劣工作环境的需要，还要具备三防功能( 即防水、防尘、防震) ，需要带有外部 扬声器，电池容量要求较大，要带有p t t 呼叫键和紧急呼叫按钮，因此，往往 很难做到外观的小巧、漂亮；从类型上，除手持终端外，还要求有车载和固定终 端，在实际运营中，后两种类型的终端配备比例要比公众移动系统中大得多。如 对于消防系统，除个别指挥人员外，基本上全部要配备车载终端，而内河航运主 要配备船载终端。有时还需要根据特殊部门的特殊需要提供专用终端或专用配 件。另外，数字集群中的调度通信终端是必不可少的，它是部门内部统一调度指 挥得以实现的关键。调度终端的界面系统需要根据不同部门的不同组织结构和工 作流程分别开发。 七、在运营管理方面 公众移动通信是由运营商统一进行网络建设、运营维护和日常用户管理，每 一个用户需要新增或减少什么样的业务都要经过运营商的认可并由运营商操作 实施，用户自己不能自行更改。 而数字集群中要求具备用户( 指团体用户) 自行管理的能力，除一般的小型 企业外，大多数行业和集团用户都有这种要求。因此，特别强调强大的v p n 功 能。利用v p n 功能，用户通过远程操作维护终端，在应用层面上自行管理本单 位的用户，包括用户分组、用户业务权限、优先级甚至用户的开通和停用，还包 括用户签约信息等。当然，用户只能管理和操作本部门下属的用户，而且用户权 限是在运营者事先授权的范围内。 在业务的提供方式上，公众移动通信是一种“大众化”的方式，即根据市场和 业务发展情况进行先行准备和部署，然后通过公众媒体宣传使公众周知，由用户 选择使用与否，因此，网络部署完毕后即成为一个完整的业务网络，虽然期间会 进行不断的补充完善，也会逐步推出各种新的功能和业务，但这种过程本质上是 一样的。而数字集群更趋向于“个性化”的方式，由于不同的行业和部门有不同的 需求和使用方式，因此，网络部署完毕后，只能部分满足用户的需要，要求在运 6 北京邮电大学硕士研究生学位论文 营过程中有针对性地进行定制业务和应用的二次开发。从某种意义上讲，数字集 群网络搭建完毕后，只是提供了一个业务平台，只有通过不断的二次业务开发才 能完全满足专业客户的需要，这也是数字集群适用性的体现和生命力的所在。 八、在计费方式上 基于以上特点，公众移动通信的计费方式是按照统一的资费政策基于个体用 户的业务使用情况进行计费的，虽然也有闭合用户群或资费套餐等计费形式，但 本质没有变化。但数字集群的计费方式更趋向于以用户对资源的占用情况和服务 的成本为基础、以用户团体而不是以个体用户为单位进行计算，与用户团体的终 端用户数量、服务质量要求、业务区域范围、业务功能种类等因素有关。例如， 对于同一地区的公安系统用户和出租车公司用户，同样是提供集群调度通信服 务，由于它们对优先级、网络可靠性和可用性等指标要求的不同，同样的业务资 费水平可能是不同的；对于内河航运系统用户由于服务范围主要是沿江河流域等 人口密度较小的地区，网络成本较高，与市政管理等城市单位的用户相比，同样 的服务项目资费水平和结算方式都可能不同。 以上分析可以看出，数字集群与公众移动通信在本质上有很大的不同，分别 适用于不同的目标用户群，以不同的方式向用户提供服务，二者不可相互替代， 也完全能够做到共存和协调发展。在两种通信技术的发展过程中，也不断相互汲 取和借鉴对方的经验以完善自身的发展。比如，近来公众移动通信系统中推出的 p o c ( 基于蜂窝移动通信系统的无线对讲) 业务就是一个很好的例子，p o c 如 同短信一样，作为一项增值业务为公众移动用户提供了另一种沟通联络的方便手 段，但也应看到，它与专业集群用户所需要的调度指挥通信要求在本质上有很大 区别，因此，不可能代替集群通信。同样，集群通信也采用了一些成熟的公众移 动通信技术，但它也不可能代替公众移动通信，因为集群通信的生命力在于为社 会行业用户提供定制的、专业化的调度指挥通信手段，而不取决于采取什么样的 基础技术。 1 4 数字集群成为专业移动通信发展新潮流 在过去的若干年中，由于投资管理体制、市场发育程度等多方面因素，数字 集群作为一种主要针对集团用户提供高效能、专业化指挥调度服务的通信业务， 在我国并没有得到很好的发展。但是，在2 0 0 4 年北京国际通信设备展中，却同 时有两家基础电信运营企业中国铁通和中国卫通，将数字集群作为此次展会 隆重推出的新业务。 其实，回顾近几年来国家电信主管部门、电信运营企业以及制造商在发展数 字集群业务方面的一系列动作，中国铁通和中国卫通对于数字集群业务的隆重推 7 北京邮电人学硕上研究生学位论文 出并不出人意料。因为，种种迹象都表明：数字集群通信业务很可能即将迎来它 真正的春天。而2 0 0 5 年，将是数字集群共享网络发展的关键年份。 集群网络走向共网化，数字集群共享网络，简称数字集群共网，是由电信运 营企业统一建设和运营的数字集群网络，吸纳政府部门、公共安全、企事业单位 等多个行业和地区集团用户，通过丰富的网络业务功能和v p n ( 虚拟专网) 能力， 为这些集团用户提供资源共享、费用分担、优良可靠、可自行管理的多用途、高 效能、专业化移动调度指挥通信服务。 集群系统的数字化是一次技术的飞跃，而集群网络的共网化则是一次运营管 理模式上的飞跃。现在看来，实现这个飞跃的条件已经具备。这是因为：第一， 电信管理部门就电信业务分类、频率规划、明确数字集群业务以共网方式发展等 先后制定了相应政策、发布了一系列文件，在有关标准的制订、发布和修订、补 充方面也做了很多工作，为数字集群业务的发展营造了良好的政策环境；第二， 随着社会经济活动的发展，广大专业集团用户对通信的广泛性、时效性和便捷性 提出了更高的要求，集群业务的市场发育虽不能说完全成熟，但有了相当的基础， 具有了可引导、可发掘的巨大潜力；第三，数字集群技术发展基本成熟，产品的 商用化程度和多厂家支持为业务发展提供了有利的技术基础和软硬件保障。在国 外研发的t e t r a 、i d e n 系统已经较成功地应用于部分专网的同时，国内两大制 造商中兴和华为分别推出了自主研发的、面向共网运营的国产数字集群通信系 统。国产数字集群通信系统由于具有国产化、成本低、后续业务开发反应速度快 等优势，已经得到电信管理部门的支持和运营企业的青睐，同时也为数字集群共 网业务的发展提供了更多的机会和更广阔的空间。总之，政策、市场和技术等方 面的有利条件为数字集群业务的发展提供了较为成熟的发展时机。 集群共网发展进入关键阶段，对于国内通信领域来讲，2 0 0 5 年是电信运营 企业格外关注的一年，同时也是广大公众和专业移动通信用户( 包括潜在用户) 期 盼的一年。它必将成为数字集群共网业务发展的关键时期。 根据信息产业部2 0 0 1 年第5 1 8 号文件精神，2 0 0 5 年年底之前，在国家规划 的8 0 0 m h z 数字集群业务专用频段上，模拟集群系统将彻底退出历史舞台。广大 对专业调度通信有需求的集团用户迫切需要有新的网络取代目前应用的模拟系 统为其提供服务，途径只有两条自建专网或成为集群共网用户。从目前情况 来看，广大集团用户已经越来越深刻地认识到自建专网、自行维护的困难和不可 行性，只要共享网络能够满足他们对于通信安全性、可靠性和自行管理等要求， 这些用户更愿意选择实力雄厚的电信运营企业建设运营的数字集群共网作为专 业调度通信和日常公务联络的服务网络。因此，电信运营企业能否在国家主管部 北京邮电大学硕士研究生学位论文 门的扶持下在2 0 0 5 年把数字集群业务发展起来、吸纳上述专业用户，将直接关 系到数字集群共网业务在我国的发展前景。 另外，目前中国的3 g ( 第三代移动通信) 网络技术试验已接近尾声，电信运 营领域新的竞争格局很可能将在2 0 0 5 年到2 0 0 6 年产生。各大基础电信运营企业 一定要抓紧时机确定最适合自身发展的业务方向和策略，从而在新一轮的竞争中 站稳脚跟。从运营企业的角度而言，都会尽量根据自身的优劣势确定重点业务和 特色业务，在一定程度上避免和其他竞争对手的全方位正面竞争。由于数字集群 业务具有公众移动通信不可替代的特殊地位，因此在这个关键时刻更可能获得一 些实力雄厚的基础电信运营企业的格外青睐和关注，在此项业务发展方面也将有 力度较大的行动。2 0 0 4 年北京国际通信展上中国铁通和中国卫通隆重展出数字 集群业务，恰恰说明了这一点。 同时，3 g 给公众移动通信带来的前进和变革也进一步加深了同属移动通信 范畴的数字集群业务尽快发展成熟的必要性和迫切性，也必将带动和加速数字集 群业务健康发展的脚步。只有这样，移动通信才能作为一个整体协调发展；也只 有这样，才能真正满足和适应广大专业集团用户对集群调度、工作联络和通信更 高、更全面的需求。 政府部门整体规划至关重要，在影响数字集群业务发展的诸多因素中，政策 因素仍是至关重要的一环。如前所述，此前电信管理部门已为发展数字集群业务 营造了较好的政策环境。数字集群共网业务在这个关键时刻能否得到迅猛、健康 的发展，就目前情况而言，最重要的还要看国家能否从频率规划方面、从业务经 营权的审批方面进一步给予支持和鼓励。另外，目前已经发布和正在制订中的数 字集群通信标准涉及的体制有四种之多，有关部门在完善相应技术规范、给予运 营企业以必要的引导方面也要加大工作力度，以避免重蹈从前集群系统七国八制 的覆辙。 从电信管理部门近几年的举措来看，必将在电信业务的整体规划和协调管理 方面为数字集群共网业务的发展保驾护航，与公众移动通信协调发展。 数字集群业务和公众移动通信业务由于面向的用户群不同这一根本差别，导 致了在用户需求、业务特征、组网方式、运营管理方式、计费方式等诸多方面的 差异，是不可相互取代的。因此，二者从发展的关系上来讲，必定是作为移动通 信的两个分支协调发展。 在电信技术飞速发展的今天，数字集群业务、尤其是集群共网，一路走得甚 是低迷，这不能不说是我国移动通信领域发展的一大缺憾。目前，数字集群共享 网络的发展时机已经基本成熟，综合各种因素分析，我们有理由相信，数字集群 共享网络的发展将是我国专业移动通信发展的新亮点。 9 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章我国集群通信系统发展及应用背景 2 1 国内集群应用情况 早在公众移动通信规模发展之前，无线通信一直应用于各专业领域。随着公 众移动通信的长足发展，专业移动通信的应用相对滞后，也常被忽视。现阶段的 专用无线通信系统包括常规的对讲、模拟集群、数字集群等技术，总体来说具有 技术相对落后、业务单一、应用面较窄等特点。但是，专用移动市场的需求随着 社会的进步不断地发展，现有的技术已远远不能满足需求。虽然，也有为数不多 的数字集群系统应用，但总体存在着价格高、稳定性差、业务不丰富、售后支持 有限等不足，严重地制约到集群应用的发展。 目前的集群系统多为模拟系统，数字集群应用有限。我国电子行业推荐的 t e t r a 、i d e n 体制，目前还都没有得到大规模应用。造成这一现象的原因很多， 包括：开放性，t e t r a 、i d e n 技术的开放性有限，只由少数国外厂商提供，不 利于多厂家竞争，网络、终端设备价格居高不下，妨碍推广；完备性，由于完 备性方面的限制，导致不同厂家的t e t r a 系统无法互连，而i d e n 技术集群特 性不够突出，难以适合中小规模专网的应用。 业务方面，t e t r a 设备提供的业务有限，不能很好地实现标准所规定的业务， i d e n 设备定位于普通的群组业务提供，业务不够丰富，从而限制了两种技术的 发展；设备商，制造商投入不足，部分系统在稳定性、售后服务、业务提供等方 面存在缺陷，实际应用难以很好地满足需求；适应性，制约集群发展的另外一个 重要原因在于，集群系统面对的是行业用户市场，需求多样，提供个性化解决方 案的能力非常重要，t e t r a 、i d e n 两种技术在这方面都有所欠缺。 如何发展数字集群技术，是许多专家和学者探讨多年的问题，也是一个非常 复杂的问题。从需求而言，概括起来，国内对数字集群的基本要求包括：满足业 务、特性需求；安全性、可靠性突出；组网灵活，网络覆盖满足要求；价格适中， 满足大规模发展的需要。基于这些需求，华为公司提出了g t 8 0 0 数字集群新技 术，并与国内外移动通信制造厂商共同制定了我国自己的g t 8 0 0 数字集群标准， 共同推进国内集群应用的大发展。 1 0 北京邮电大学硕士研究生学位论文 2 2 国内数字集群技术分析 t e t r a 是由欧洲e t s i 制定的数字集群标准。t e t r a 大量借鉴了g s m 概念，基 于t d m a 方式，采用与g s m 类似的逻辑信道，载波带宽2 5 k h z ，分4 个时隙， 调制方式为r d 4 d q p s k 。支持蜂窝式连续覆盖。t e t r a 标准在指挥调度方面考虑 较多，定义了不同的网络工作方式，规定了话音、电路数据、短数据消息、分组 数据等业务以及多种附加业务。网络内部接口没有标准化，对外互联技术也未完 全公开，规范的完备性方面尚有欠缺。目前，t e t r a 标准的r e l e a s ei i 还处于制订 阶段。 在设备方面，不同厂家的系统还无法实现互联互通，不同网络间的用户和业 务的互通还存在问题，无法实现异地漫游。从国内需求的角度来看，t e t r a 还存 在以下问题：现有系统支持业务有限，难以很好地满足专业用户的需求；现有设 备均由国外提供，安全性方面有难以克服的障碍；设备价高，难以很好地满足国 内专业用户在价格方面的要求。 我国数字集群电子行业推荐标准中的体制b 为i d e n ( 集成数字增强型网络) 系统，它是由m o t o r o l a 研制、生产的一种数字集群移动通信系统，其前身为m i r s 系统，兼有双工电话互联、数据和短消息等功能，将数字调度通信和数字蜂窝通 信综合在一套系统之中。 m e n 为基于t d m a 多址方式的调度通信蜂窝电话集成系统。它在传统大 区制调度通信的基础上，大量吸收了数字蜂窝通信的优点，增强了电话的互联功 能，并采用小区复用蜂窝结构，提高了网络的覆盖能力。i d e n 系统采用高级调 制技术m 1 6 q a m ，将每个2 5 k h z 信道分割成4 个子信道，分6 个时隙传输，每 个时隙占时1 5 m s 。在每时隙之始设置同步码作时隙同步，采用频分双工方式和 4 2 k b i t s 的v s e l p 语音编码技术，支持调度、电话互联、电路数据传真等业务。 从国内需求来看，i d e n 存在以下不足：支持业务尤其是调度类业务的能力 有限，集群特性不突出；不支持加密技术，在安全性方面缺乏保障；组网方式较 单一、不够灵活，难以适应专网需求；缺乏多厂家竞争优势，未来的演进不够明 确。 综合考虑客户需求的急迫性、技术成熟度和可持续发展能力，华为公司提出 了分阶段发展g t 8 0 0 数字集群新技术的方案： 第一阶段：以成熟的t d m a 技术为基础，围绕集群业务需求，对呼叫信令 流程和网络结构进行具有针对性的设计，提供快速呼叫、组呼、动态重组、优先 级控制、环境监听、故障弱化、虚拟专网等业务特性，满足共网集群用户和专网 应用的需求，在数据传输方面采用g p r s 技术满足需求。 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第二阶段：引入t d s c d m a 技术，提供高速数据业务和更高的系统容量， 同时增强网络、终端功能，提供端到端的加密、终端直通等安全、保密方面的业 务特性，进一步满足特殊行业用户的需求。 g t 8 0 0 数字集群系统基于g s m 技术，通过f f n ( 功能号码节点) 、g c r ( 组 呼寄存器) 、排队机等节点，为指挥调度提供灵活的业务功能，通过针对行业用 户的多种应用平台，满足专业用户对数据应用的需求，克服现有集群技术在数据 应用方面的局限性。 另外，与以往的集群系统相比，g t 8 0 0 增加了用户接入管理平台，v p n 客 户可直接管理本集团用户，智能业务平台的引入对指挥调度应用扩充起到了良好 的支撑作用，计费平台的建设则使集群共网运营商能够引入更加灵活的运营方 式。 为了满足国内市场的需求，g t 8 0 0 进行了大量的技术创新，形成了完善的集 群业务体系，包括指挥调度业务和电话互连业务。其中，指挥调度业务包括组呼、 私密呼叫、语音广播、增强优先级呼叫、动态编组、强拆强插、岗位号码寻址、 基于位置的路由、开放信道呼叫、讲话方识别显示、迟后进入、呼叫报告、组内 优先级、调度区域限制、呼叫提示、调度台核查呼叫、列表查询呼叫等，可为行 业用户的指挥调度提供良好的支撑；电话互连业务包括双工一对一电信业务、承 载业务和补充业务，满足行业用户中部分成员对电话业务的需求。 围绕市场需求，g t 8 0 0 借鉴吸收了现有集群通信的重要业务特性，结合电信 技术的最新发展，提供更加丰富的集群业务。g t 8 0 0 可与智能网、数字集群系统 结合，使集群业务能力大大加强，更好地满足行业用户对指挥调度的需求。g t 8 0 0 数字集群体制在第二阶段引入了t d s c d m a 技术，提供更高的数据传输速率， 为业务的扩展在网络承载能力上提供充分保证。 g t 8 0 0 快速呼叫建立时间小于7 0 0 毫秒，群组业务丰富适用，组内用户容量 不受限制，并可实现全方位的优先级管理，比现有系统具有更突出的集群优势， 满足用户对集群业务的需求。 g t 8 0 0 数字集群核心芯片和关键算法完全由我国自主设计，核心技术全部自 有，系统运行不依赖于g p s 同步系统，并支持空中接口加密和端对端加密，可 根据不同的行业需求，提供不同级别的安全性保障。g t 8 0 0 支持集群、故障弱化、 直通等多种工作方式，保证网络设备的高可靠性，切实保证专用移动通信系统的 高度安全性。 g t 8 0 0 采用时分多址技术，具有突出的覆盖优势，可为专业用户提供有保障 的集群通信业务。g t 8 0 0 覆盖能力强，通过技术增强，单基站覆盖半径可超过 1 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文 7 0 公里，覆盖范围与小区内的用户容量、移动台与基站距离远近无关，不受“远 近效应”等因素的影响，稳定可靠，可很好地满足集群应用的需求。 g t 8 0 0 组网方式灵活，可根据集群业务的类别、容量等情况，实现连续城区 覆盖、线状覆盖或局部区域覆盖，还可提供室内、隧道、海平面等多种覆盖方案， 满足集群共网、城市应急联动和专网集群组网等要求，并可根据用户的发展情况 对网络进行调整，适合集群发展的需要。 g t 8 0 0 基于g s m 技术，成熟稳定。g t 8 0 0 产业链构筑在主流移动通信产业 基础之上，具备规模产业的成本优势，可大幅度降低设备、终端和网络规划的成 本，为运营商、集团客户建设高性价比的集群网络奠定了基础。 g t 8 0 0 数字集群体制在设计之初就确定了向下一代网络演进的方向，选择 t d s c d m a 作为第二阶段无线接入技术，在演进过程时，g t 8 0 0 技术体制采用 了双模终端、多接入网共存等方式，最大限度地保护运营商和各专业客户的投资 和用户体验。 g t 8 0 0 集群新技术的雄厚产业基础、低成本优势和多厂家合作( 包括运营商 和专业用户) 等模式，将推动我国数字集群的大规模普及应用，实现引领数字集 群领域的群体突破。 2 3 发展g t 8 0 0 集群新技术的意义 数字集群系统具有高度的安全性。政府、公共安全等部门对集群通信的信息 安全性、可靠性都有很高的要求，国外集群系统在此方面则失去了先天优势。 g t 8 0 0 数字集群技术为用户度身定做，提供满足客户需求的解决方案，可有效地 保证国家重要通信的安全。在和平时期，可应用于政府、国家安全等部门，保障 通信安全自主，防止敌对势力包括恐怖分子的破坏；而在形势逆转时，只有自己 的数字集群技术才能真正地保证通信的机密性，避免安全隐患。 上个世纪末，国内移动通信设备制造商曾联合起来，进行数字集群标准的研 究和产业化尝试，推动数字集群事业的发展。时至今日，各厂家已在集群通信技 术、产品和应用方面积累了相当多的经验，并积极要求发展我国自己的数字集群 技术体制，提升移动通信技术创新和设备制造水平。通过g t 8 0 0 数字集群技术 的开发和应用，可大大增强移动通信制造业的竞争能力，深入核心技术研发，提 高移动通信的技术层次，并可拉动软、硬件开发及数据应用开发和集成等第三方 配套的能力。 从另一角度来看，集群系统多应用于国民经济的重要部门，自主开发的 g t 8 0 0 集群系统可大大地推动集群通信的发展，普及专业集群应用，提高生产率， 促进国民经济的发展。 北京邮电大学硕士研究生学位论文 g t 8 0 0 是我国自己的数字集群新技术，它打破了国外公司在数字集群领域的 垄断，g t 8 0 0 的持续发展为技术创新提供了更广阔的天地，具有重要的创新意义。 g t 8 0 0 的发展，不仅可带动集群领域的一系列创新，也可促进t d s c d m a 的实 用化，带动我国数字集群技术推向国外，提升我国移动通信技术在国际上的地位。 1 4 北京邮电人学硕士研究生学位论文 3 1 协议结构 第三章d m r 协议框架结构 本章的目的是，在d m r 协议栈中提供一个模块，在这个模块中不同的功能 和过程能区分开并能分配到不同的层次中。 本章及其他相关章节中的协议栈描述和定义一些接口，但是这些栈不暗示或 限制任何应用。此处定义的d m r 协议结构遵循一般层次结构，这种层次结构适 用于相关描述和层次通信结构定义。 d m r 标准为图中以下三层模块定义了协议。 基层协议栈也就是第一层是物理层，p l 。 数据链路层，也就是第二层，应该处理众多用户的媒体共享。在数据链路层， 协议栈应被垂直分为两部分，用户层，用于传输信息而不用映射容量，控制层， 用于信号信息，包括控制信息和数据信息映射容量，如图所示。 第三层为呼叫控制层，它位于c 层，控制呼叫( 映射功能等等) ，提供d m r 支持的业务，并支持短数据和分组数据业务。u 层接入第二层( d l l ) ，它支持 语音业务，这在d m r 中是可用的。 图3 1 协议栈结构 北京邮电大学硕士研究生